Результат интеллектуальной деятельности: МАГНИТНАЯ СИСТЕМА РОТОРА ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ МАШИНЫ

Изобретение относится к области электротехники, а более конкретно к устройству роторов электрических машин с возбуждением от постоянных магнитов, расположенных на роторе, и может быть использовано как в общем, так и в специальном электромашиностроении при производстве электродвигателей и генераторов.

Известна магнитная система ротора, содержащая закрепленный на валу магнитопровод, выполненный из магнитомягкого материала без разрывов по внешнему и внутреннему диаметрам и с отверстиями под размещение в них постоянных магнитов. Отверстия выполнены прямоугольной формы с наклоном к радиальным осям (расположены вдоль хорд) таким образом, что расстояние между обращенными друг к другу и к валу боковыми поверхностями их по мере приближения к расточке ротора уменьшается, а между противоположными поверхностями тех же отверстий и в том же направлении увеличивается. Магнитная система ротора с требуемым по условию ее работоспособности чередованием вдоль расточки ротора полярностью полюсов образуется путем установки в указанные прямоугольной формы отверстия ротора намагниченных перпендикулярно боковым поверхностям призматических постоянных магнитов, причем таким образом, что каждая пара обращенных друг к другу и в сторону расточки ротора поверхности соседних магнитов имеет одинаковую магнитную полярность и полярность следующих друг за другом и ориентированных указанным образом пар магнитов вдоль расточки чередуется (патент RU 2244370, МПК Н02K 1/06, опубл. 10.01.2005).

К недостаткам рассматриваемой магнитной системы ротора относятся также и значительные по величине потоки рассеяния, которые замыкаются между магнитами, обращенными друг к другу одноименными полюсами через ферромагнитные перемычки между отверстиями под магниты как со стороны расточки ротора, так и со стороны вала, что также приводит к уменьшению магнитного потока в рабочем воздушном зазоре электрической машины и к ухудшению ее массогабаритных и энергетических показателей [патент RU 2244370, кл. Н02K 1/06, опубл. 10.01.05].

Наиболее близкой к заявляемому изобретению является магнитная система ротора (см. патент RU №2316103, МПК Н02K 1/27, МПК Н02K 21/14, опубл. 27. 01. 2008 г.), которая содержит закрепленный на валу магнитопровод, выполненный из магнитомягкого материала без разрывов по внутреннему и внешнему диаметрам и с отверстиями под размещение в них постоянных магнитов. Отверстия выполнены прямоугольными с наклоном к радиальным осям (расположены вдоль хорд) таким образом, что расстояние между обращенными друг к другу и к валу боковыми поверхностями их по мере приближения к расточке ротора уменьшается, а между противоположными поверхностями тех же отверстий и в том же направлении увеличивается. Магнитная система ротора с требуемой по условию ее работоспособности чередующейся по расточке ротора полярностью полюсов образуется путем установки в указанные прямоугольной формы отверстия ротора намагниченных перпендикулярно боковым поверхностям постоянных магнитов, причем таким образом, что каждая пара обращенных друг к другу и в сторону расточки ротора поверхностей соседних призматических магнитов имеет одинаковую магнитную полярность, а полярность следующих друг за другом таких пар магнитов вдоль расточки чередуется.

Однако такая магнитная система ротора отличается наличием воздушной полости, прилегающей к торцам постоянных магнитов со стороны вала, что способствует лишь уменьшению магнитных потоков рассеяния в этой области, но не устраняет их полностью.

Техническая задача изобретения заключается в полном устранении потоков рассеяния с поверхностей постоянных магнитов, расположенных вблизи вала.

Техническим результатом изобретения является увеличение магнитного потока постоянных магнитов в воздушном зазоре электрической машины и ее мощности при тех же размерах ротора или уменьшение размеров ротора при той же мощности.

Это достигается тем, что в известной магнитной системе ротора, содержащей закрепленный на валу, выполненный из магнитомягкого материала магнитопровод без разрывов по внутреннему и внешнему диаметрам, с отверстиями и расположенными в них постоянными магнитами, все отверстия объединены в одно симметрично расположенное относительно оси вала и полностью заполненное постоянными магнитами отверстие, имеющее волнообразную форму с одинаковыми расстояниями между максимумами гребней волн, расположенных вблизи расточки ротора и отстоящих на одинаковом от нее расстоянии, а помещенные в отверстие постоянные магниты имеют одинаковую магнитную полярность между каждой парой соседних максимумов и эта полярность поочередно меняется на противоположную при переходе через каждый максимум.

Сущность изобретения поясняется чертежами. На фиг.1 показано поперечное сечение одного из возможных вариантов магнитной системы четырехполюсного ротора с одним симметрично расположенным относительно оси вала волнообразным отверстием, образованным из прилегающих друг к другу участков четырех одинаковых цилиндрических отверстий и полностью заполненным материалом постоянных магнитов. На фиг.2 показана часть элементов цилиндрических постоянных магнитов, размещенных в этом отверстии с проставленными на них буквенными обозначениями этих же элементов постоянных магнитов на фиг.1. На фиг.3 в пределах половины полюсного деления ротора показаны контуры обращенных к расточке ротора участков поверхностей постоянных магнитов при их призматической, очерченной пунктирными линиями, и цилиндрической формах. На этом же чертеже приведены численные значения их длин L₂ и L₁ соответственно и отношения этих длин L₁/L₂.

Магнитная система ротора содержит закрепленный на валу 1 магнитопровод 2, выполненный из магнитомягкого материала без разрывов по внешнему и внутреннему диаметрам и с отверстием 3 под размещение в нем постоянного магнита, образованного отдельными элементами четырех в рассматриваемом случае (по числу полюсов) полых цилиндрических постоянных магнитов, два из которых показаны на фиг.2. Отверстие 3 выполнено без разрывов, имеет симметричную относительно оси вала 1 волнообразную форму с одинаковыми расстояниями между максимумами гребней волн, расположенных вблизи расточки ротора и отстоящих на одинаковом от нее расстоянии, а помещенные в отверстие элементы 6-17 постоянных магнитов имеют одинаковую магнитную полярность между каждой парой соседних максимумов волнообразного отверстия и эта полярность поочередно меняется на противоположную при переходе через каждый максимум.

Выполнение магнитной системы ротора указанным способом позволяет, как это следует из данных сравнения длин L₁ и L₂ (фиг.2) боковых поверхностей постоянных магнитов при призматической и волнообразной их форме, сформированной из отдельных элементов (участков) целостных цилиндрических постоянных магнитов (см. фиг.2), увеличить площадь активной поверхности постоянного магнита на полюсном делении при четырехполюсной магнитной системе ротора и соответственно магнитный поток полюса примерно на 25% (в 1,24 раза). При шестиполюсной магнитной системе ротора активная площадь постоянного магнита в пределах полюсного деления и поток полюса увеличиваются в 1,32 раза.

Это обстоятельство свидетельствует о преимуществе заявляемой магнитной системы ротора перед магнитными системами ротора с призматическими магнитами с точки зрения способности преобразования большего объема электрической энергии в механическую и обратного ее преобразования при одинаковых размерах ротора и с точки зрения получения одной и той же мощности при меньших размерах электрической машины. В заявляемой магнитной системе ротора отсутствует рассеяние магнитного потока с обращенной к ротору поверхности постоянного магнита, что способствует дополнительному увеличению магнитного потока, отдаваемого постоянным магнитом во внешнюю магнитную цепь, и улучшению его технических характеристик.

Соединение элементов магнитной системы ротора в единую механически прочную конструкцию можно обеспечить несколькими способами. Например, это можно осуществить, используя для этой цели, например, стержни 4 и 5, стягивающие напрессованные на вал с обеих торцевых сторон ротора немагнитные дисковые шайбы. Возможны и другие способы взаимного крепления конструктивных элементов ротора в единую механически прочную конструкцию.

Использование изобретения позволяет увеличить магнитный поток постоянных магнитов в воздушном зазоре электрической машины и ее мощность при тех же размерах ротора или уменьшить размеры ротора при той же мощности.